3D打印用于材料開發又立新功，NASA研發的新合金耐用性是傳統合金的1000倍

魔猴君  行業資訊   945天前

2022年4月21日，航天器材料不僅性能要求先進——它們還必須承受高水平的熱量、摩擦和壓力等。為了克服這些挑戰，建造航天器及其不同部件需要堅固耐用的材料。最近，美國宇航局格倫研究中心的科學家們開發了一種革命性的金屬合金，該合金有可能使航天器和噴氣發動機部件在極端條件下更加高效和可靠。

△渦輪發動機燃燒器（燃料-空氣混合器）是由NASA Glenn使用3D打印而成。圖片來自美國國家航空航天局

新合金是在NASA 航空研究任務理事會 (ARMD) 運營的轉型工具和技術 (TTT) 項目下使用3D打印制造的。TTT 一直參與為NASA開發各種其他高科技計算和實驗技術。GRX-810可以持續承受超過1090°C的高溫?？捎糜谥圃旎鸺蜏u輪發動機，并應用于運載火箭、洲際彈道導彈、導彈、商用噴氣發動機、高超音速等等。它還繼承了NASA及其噴氣推進實驗室的其他開創性工作，例如用于發動機的GRCo-84銅合金。

NASA指出GRX-810還具有以下特點，

*抗壓強度是之前的二倍

*合金的拉伸力/彎曲靈活性是以前的三倍半

*在高溫應力下的耐久性超過1000倍

“開發納米級氧化物顆粒合金具獲得難以置信的性能優勢。這一突破對于材料開發來說是革命性的。更堅固、更輕的材料將為美國宇航局未來發展起到重要的意義。以前，抗拉強度的提高通常會降低材料在斷裂前的拉伸和彎曲能力，現在的新合金已不在擔心這個問題，”NASA Glenn轉型工具和技術項目副項目經理Dale Hopkins說。

△軋制合金特種金屬。圖片來自Pexels

這一消息對于3D打印行業來說具有雙重意義，因為GRX-810合金它可以用3D打印制造。NASA使用該技術“將納米級氧化物均勻地分散在整個合金中，從而提供更好的高溫性能和耐用性能”。現在，NASA能夠以更低的成本和更可控的方式獲得ODS材料。如果用傳統工藝，需要使用球磨方法來制造。然而，現在僅使用3D打印和靜電沉積等方法，就可以設計出比其他方法制造方法性能更高的合金。實際上，3D打印還可以使這些材料更加通用，并使工程師實現更為優化的設計想法。

通過3D打印技術，NASA可以快速實現自己的想法?；羝战鹚拐f：“過去需要數年的試錯過程，現在僅需數周或數月即可實現?！?除了3D打印，該機構還透露熱力學建模也是他們可以加速獲得GRX-810材料的關鍵點。其中計算熱力學用于建模和預測能源系統、燃燒和合適合金的開發。目前，3D打印已經發展了幾十年，美國宇航局肯定會廣泛使用它，桑迪亞國家實驗室等其他政府機構也是如此。

△NASA航天器示意圖。圖片來自3dprint

應用這兩種工藝大大加快了我們材料開發的速度。我們現在可以任何時候更快、性能更好地生產新材料，”NASA 材料科學家Tim Smith說。3D打印不僅僅是一種生產技術，它還充當了一種材料發現工具。該技術再次在高超音速競賽的一個關鍵領域發揮作用，它或許可以成為高超音速滑翔飛行器開發下一代新材料的關鍵技術，特別是用于發動機和蒙皮部件。

3D打印以前曾用于創建獨特的微觀結構和宏觀結構，但現在它可以在設計結構和零件之前設計材料本身。這可能意味著增材制造可以成為一個材料開發平臺，并且為精確應用設計更為適合的材料，這個方向可能比我們許多人想象的要走得更遠。

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